DE102011108296A1

DE102011108296A1 - Spiegelvorrichtung für wenigstens einen Wärmebildsensor und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102011108296A1
Application number: DE201110108296
Authority: DE
Inventors: Stefan Hahn; Iain Neil
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-03-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spiegelvorrichtung (1) für wenigstens einen Wärmebildsensor (6, 6.1) zur Abbildung von Infrarotstrahlung (2) auf wenigstens einen Wärmebildsensor (6, 6.1). Die Spiegelvorrichtung (1) umfasst wenigstens drei asphärische Spiegel (3, 4, 5) und ein die Spiegel (3, 4, 5) tragendes Gehäuse (7). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Spiegelvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegelvorrichtung für wenigstens einen Wärmebildsensor zur Abbildung von Infrarotstrahlung auf wenigstens einen Wärmebildsensor sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Spiegelvorrichtung.
In Fahrzeugen werden für Sicherheitsfunktionen in zunehmendem Maße Wärmebildsensoren zur Erfassung von Infrarotstrahlung, die von Lebewesen oder Objekten in einer Fahrzeugumgebung ausgesendet wird, verwendet. Derartige Sensoren erfordern eine anspruchvolle Optik zur Abbildung der Infrarotstrahlung auf einen Sensor, deren Herstellung aufwändig ist. Unter Infrarotstrahlung wird hier elektromagnetische Wärmestrahlung im infraroten Spektralbereich verstanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Abbildung von Infrarotstrahlung auf Wärmebildsensoren und ein verbessertes Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Spiegelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Spiegelvorrichtung für wenigstens einen Wärmebildsensor zur Abbildung von Infrarotstrahlung auf wenigstens einen Wärmebildsensor umfasst wenigstens drei asphärische Spiegel und ein die Spiegel tragendes Gehäuse.
Die Verwendung von Spiegeln anstelle von Linsen hat den Vorteil, dass die Spiegel kein Germanium enthalten, während Linsen für Infrarotstrahlung große Mengen Germanium enthalten. Spiegelvorrichtungen zur Abbildung von Infrarotstrahlung sind daher einfacher und kostengünstiger herstellbar als Linsensysteme. Außerdem haben Spiegelvorrichtungen gegenüber Linsensystemen den Vorteil, dass mit ihnen sehr viel einfacher Geisterbilder von Objekten vermieden werden können, die in den Sensoraufnahmen Objekte an falschen Positionen vortäuschen. Die Verwendung von asphärischen Spiegeln ermöglicht vorteilhaft eine kompakte und Bauraum sparende Konstruktion der Spiegelvorrichtung. Dabei werden vorteilhaft wenigstens drei Spiegel verwendet, um eine ausreichende Abbildungsqualität zu ermöglichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Spiegelvorrichtung für einen Wärmebildsensor,
2 schematisch eine erste perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Spiegelvorrichtung für einen Wärmebildsensor,
3 schematisch eine zweite perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Spiegelvorrichtung für einen Wärmebildsensor mit virtuell vergrößerten Spiegeln zur Verdeutlichung der räumlichen Anordnung der Spiegel,
4 eine dritte perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Spiegelvorrichtung für einen Wärmebildsensor,
5 schematisch eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Spiegelvorrichtung für zwei Wärmebildsensoren.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spiegelvorrichtung 1 zur Abbildung von Infrarotstrahlung 2 durch drei Spiegel 3, 4, 5 auf einen Wärmebildsensor 6 für ein Fahrzeug. 1 zeigt eine Schnittdarstellung der Spiegelvorrichtung 1, 2 zeigt eine erste perspektivische Darstellung der Spiegelvorrichtung 1.
3 zeigt eine zweite perspektivische Darstellung der Spiegelvorrichtung 1, in der die Spiegel 3, 4, 5 virtuell vergrößert dargestellt sind, um ihre Anordnung zu verdeutlichen, d. h. tatsächlich umfasst die Spiegelvorrichtung 1 nur Abschnitte der in 3 dargestellten Spiegel 3, 4, 5. Diese Abschnitte sind derart begrenzt, dass sie den in 3 dargestellten Strahlengang der Infrarotstrahlung 2 erzeugen. Insbesondere umfassen diese Abschnitte daher nicht die Aussparungsbereiche 3.2 und 4.2, durch die in 3 Infrarotstrahlung 2 hindurch zu treten scheint.
4 zeigt eine dritte perspektivische Darstellung der Spiegelvorrichtung 1, wobei in dieser Figur auch ein in den schematischeren 1 bis 3 nicht dargestelltes Gehäuse 7, das die Spiegel 3, 4, 5 trägt, dargestellt ist.
Die Spiegel 3, 4, 5 sind hintereinander und gegeneinander verkippt angeordnet und jeweils asphärisch ausgebildet. Die in die Spiegelvorrichtung 1 einfallende Infrarotstrahlung 2 trifft zunächst auf einen ersten Spiegel 3, der zwischen einem zweiten Spiegel 4 und dem dritten Spiegel 5 angeordnet ist. Von dem ersten Spiegel 3 wird Infrarotstrahlung 2 zu dem zweiten Spiegel 4, von diesem zu dem dritten Spiegel 5 und von dort zu dem Wärmebildsensor 6 reflektiert.
Der erste Spiegel 3 und der dritte Spiegel 5 sind jeweils konkav ausgebildet, der zweite Spiegel 4 ist konvex ausgebildet.
Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich beispielsweise für die Abbildung von Infrarotstrahlung 2 im nahen Infrarotbereich mit Wellenlängen zwischen etwa 650 nm und 1100 nm. Dabei betragen beispielsweise die effektive Brennweite der Spiegelvorrichtung 1 etwa 10 mm, die Durchmesser einer Eintrittsöffnung der Spiegelvorrichtung 1 und des Wärmebildsensors 6 jeweils etwa 6 mm bis 7 mm, das Gesichtsfeld der Spiegelvorrichtung 1 etwa 30 Grad bis 40 Grad und der Fokusbereich der Spiegelvorrichtung 1 erstreckt sich von etwa 2 m bis unendlich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Spiegelvorrichtung 1 werden in einem ersten Arbeitsgang die Spiegel 3, 4, 5 und das Gehäuse 7 gleichzeitig als ein Spritz- oder Druckgussteil hergestellt. Nach dem Spritz- oder Druckgussprozess werden in einem zweiten Arbeitsgang die Oberflächen 3.1, 4.1, 5.1 der Spiegel 3, 4, 5 mit einer Reflexionsschicht und/oder eine Innenoberfläche 7.1 des Gehäuses 7 mit einer Absorptionsschicht beschichtet. Dies ermöglicht eine kostengünstige und stabile Herstellung der Spiegelvorrichtung 1.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spiegelvorrichtung 1 einer erfindungsgemäßen Spiegelvorrichtung 1 zur Abbildung von Infrarotstrahlung 2 durch drei Spiegel 3, 4, 5 auf zwei unterschiedliche Wärmebildsensoren 6.1, 6.2.
Die Spiegelvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 gezeigten Spiegelvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels durch eine in dem Strahlengang der Infrarotstrahlung 2 den Spiegeln 3, 4, 5 nachgeordnete Blende 8 und einen der Blende 8 nachgeordneten Strahlteiler 9.
Mittels der Blende 8 werden vorteilhaft unerwünschte Anteile der Infrarotstrahlung 2 ausgeblendet. Insbesondere können dadurch Anteile ausgeblendet werden, die Geisterbilder erzeugen würden. Die gezeigte Anordnung der Blende 8 spart vorteilhaft Bauraum gegenüber einer herkömmlichen Anordnung am Eingang der Spiegelvorrichtung 1. Auch das erste Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft durch eine derartige Blende 8 ausgestaltet werden.
Der Strahlteiler 9 teilt die Infrarotstrahlung 2 in zwei Teilstrahlbündel 2.1, 2.2 auf. Ein erstes Teilstrahlbündel 2.1 wird auf einen ersten Wärmebildsensor 6.1 abgebildet und ein zweites Teilstrahlbündel 2.2 wird auf einen zweiten Bildsensor 6.2 abgebildet, wobei die optische Weglänge, die die Teilstrahlbündel 2.1, 2.2 jeweils zu den Bildsensoren 6.1, 6.2 zurücklegen, gleich ist.
Die Spiegelvorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels bildet eine gemeinsame Abbildungsoptik für zwei unterschiedliche Sensoren 6.1, 6.2. Insbesondere können die Sensoren 6.1, 6.2 für unterschiedliche Wellenlängenbereiche von Infrarotstrahlung 2 empfindlich sein. Beispielsweise kann der erste Wärmebildsensor 6.1 für den nahen Infrarotbereich empfindlich sein und der zweite Bildsensor 6.2 für einen fernen Infrarotbereich. Dadurch ermöglicht die Spiegelvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Abbildungsoptik für einen ersten Wärmebildsensor 6.1 für den nahen Infrarotbereich und einen zweiten Bildsensor 6.2 für den fernen Infrarotbereich.
Entsprechend können auch Spiegelvorrichtungen 1 zur Abbildung von sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung 2 im nahen Infrarotbereich ausgestaltet werden, wobei der zweite Bildsensor 6.2 für das sichtbare Licht empfindlich ist. Allerdings stellt diese Ausgestaltung höhere Anforderungen an die Qualität der Spiegel 3, 4, 5, die dann vorzugsweise mit einem galvano-optischen Verfahren hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Spiegelvorrichtung
2: Infrarotstrahlung
2.1: erstes Teilstrahlbündel
2.2: zweites Teilstrahlbündel
3: erster Spiegel
3.1: erste Oberfläche
3.2: erster Aussparungsbereich
4: zweiter Spiegel
4.1: zweite Oberfläche
4.2: zweiter Aussparungsbereich
5: dritter Spiegel
5.1: dritte Oberfläche
6: Wärmebildsensor
6.1: erster Wärmebildsensor
6.2: zweiter Bildsensor
7: Gehäuse
7.1: Innenoberfläche
8: Blende
9: Strahlteiler

Claims

Spiegelvorrichtung (1) für wenigstens einen Wärmebildsensor (6, 6.1) zur Abbildung von Infrarotstrahlung (2) auf wenigstens einen Wärmebildsensor (6, 6.1), gekennzeichnet durch wenigstens drei asphärische Spiegel (3, 4, 5) und ein die Spiegel (3, 4, 5) tragendes Gehäuse (7).
Spiegelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Blende (8), die den Spiegeln (3, 4, 5) im Strahlengang nachgeordnet ist.
Spiegelvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen im Strahlengang der Infrarotstrahlung (2) angeordneten Strahlteiler (9) zur Aufteilung der Infrarotstrahlung (2) in zwei Teilstrahlenbündel (2.1, 2.2), so dass ein erstes Teilstrahlbündel (2.1) auf einen ersten Wärmebildsensor (6.1) abgebildet wird und das zweite Teilstrahlbündel (2.2) auf einen zweiten Bildsensor (6.2) abgebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spiegelvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsgang die Spiegel (3, 4, 5) und das Gehäuse (7) gleichzeitig als ein Spritz- oder Druckgussteil hergestellt werden und in einem zweiten Arbeitsgang Oberflächen (3.1, 4.1, 5.1) der Spiegel (3, 4, 5) mit einer Reflexionsschicht und/oder eine Innenoberfläche (7.1) des Gehäuses (7) mit einer Absorptionsschicht beschichtet werden.